Die vyftigerjare van die vorige eeu was 'n tydperk van vinnige ontwikkeling van kerntegnologie. Supermoondhede het hul kernarsenale gebou, kernkragaanlegte, ysbrekers, duikbote en oorlogskepe met kernkragsentrales gebou. Nuwe tegnologie hou groot belofte in. Die kern duikboot het byvoorbeeld geen beperkings op die vaargebied in die ondergedompelde posisie nie, en die "brandstof" van die kragstasie kan elke paar jaar gedoen word. Kernreaktors het natuurlik ook nadele, maar hul inherente voordele het meer as al die veiligheidskoste vergoed. Mettertyd het die hoë potensiaal van kernkragstelsels nie net die bevel van die vloot nie, maar ook die militêre lugvaart geïnteresseerd. 'N Vliegtuig met 'n reaktor aan boord kan baie beter vliegkenmerke hê as sy petrol- of kerosine -eweknieë. In die eerste plek is die weermag aangetrokke deur die teoretiese vlugreeks van so 'n bomwerper, vervoervliegtuig of duikbootvliegtuig.
In die laat veertigerjare het die voormalige bondgenote in die oorlog met Duitsland en Japan - die VSA en die USSR - skielik bittere vyande geword. Die geografiese kenmerke van die onderlinge ligging van beide lande het die oprigting van strategiese bomwerpers met 'n interkontinentale reeks vereis. Die ou tegnologie kon reeds nie die aflewering van atoomammunisie na 'n ander vasteland verseker nie, wat die skep van nuwe vliegtuie, die ontwikkeling van vuurpyltegnologie, ens. Reeds in die veertigerjare was die idee om 'n kernreaktor op 'n vliegtuig te installeer, ryp in die gedagtes van Amerikaanse ingenieurs. Berekeninge van daardie tyd het getoon dat 'n vliegtuig wat vergelykbaar is in gewig, grootte en vlugparameters met 'n B-29-bomwerper ten minste vyfduisend uur in die lug kan spandeer tydens 'n brandstofaanvulling met kernbrandstof. Met ander woorde, selfs met die onvolmaakte tegnologie van daardie tyd, kan 'n kernreaktor aan boord met net een brandstofaanvulling 'n vliegtuig van energie voorsien gedurende sy hele lewensduur.
Die tweede voordeel van die hipotetiese atomikolette van daardie tyd was die temperature wat die reaktor bereik het. Met die korrekte ontwerp van 'n kernkragsentrale sou dit moontlik wees om die bestaande turbojet -enjins te verbeter deur die werkstof met behulp van 'n reaktor te verhit. Dit het dus moontlik geword om die energie van die enjin se gasse en hul temperatuur te verhoog, wat tot 'n aansienlike toename in die krag van so 'n enjin sou lei. As gevolg van alle teoretiese oorwegings en berekeninge, het vliegtuie met kernmotors in sommige koppe verander in 'n universele en onoorwinlike afleweringsvoertuig vir atoombomme. Verdere praktiese werk het egter die vurigheid van sulke "dromers" afgekoel.
NEPA program
In 1946 het die nuutgestigte Amerikaanse departement van verdediging die NEPA (Nuclear Energy for the Propulsion of Aircraft) -projek geopen. Die doel van hierdie program was om alle aspekte van gevorderde kernkragaanlegte vir vliegtuie te bestudeer. Fairchild is aangestel as die hoofkontrakteur vir die NEPA -program. Sy het opdrag gekry om die vooruitsigte vir strategiese bomwerpers en hoëspoedverkenningsvliegtuie wat met kernkragaanlegte toegerus is, te bestudeer, asook om die voorkoms van laasgenoemde te bepaal. Fairchild -werknemers het besluit om aan die program te begin met die dringendste kwessie: die veiligheid van vlieëniers en onderhoudspersoneel. Hiervoor is 'n kapsule met 'n paar gram radium geplaas in die vragkompartement van die bomwerper wat as 'n vlieënde laboratorium gebruik is. In plaas van 'n deel van die gewone bemanning, het die maatskappy se werknemers, 'gewapen' met Geiger -toonbanke, aan die eksperimentele vlugte deelgeneem. Ondanks die relatief klein hoeveelheid radioaktiewe metaal in die vragkompartement, het die agtergrondstraling die toelaatbare vlak in al die bewoonbare volumes van die vliegtuig oorskry. As gevolg van hierdie studies moes Fairchild -werknemers die berekeninge nagaan en uitvind watter beskerming die reaktor benodig om behoorlike veiligheid te verseker. Reeds voorlopige berekeninge het duidelik getoon dat die B-29-vliegtuig eenvoudig nie so 'n massa kan dra nie, en die volume van die bestaande vragkompartement sal nie toelaat dat die reaktor geplaas word sonder om die bomrakke uitmekaar te haal nie. Met ander woorde, in die geval van die B-29, moet u kies tussen 'n lang vlugreeks (en selfs dan in 'n baie verre toekoms) en ten minste 'n soort vrag.
Verdere werk aan die skep van 'n voorontwerp van 'n vliegtuigreaktor het nuwe en nuwe probleme ondervind. Na aanleiding van die onaanvaarbare parameters van gewig en grootte, het probleme ontstaan met die beheer van die reaktor tydens die vlug, die doeltreffende beskerming van die bemanning en die struktuur, die oordrag van krag van die reaktor na die propellers, ensovoorts. Uiteindelik het dit geblyk dat bestraling van die reaktor selfs met voldoende ernstige beskerming die kragstelsel van die vliegtuig en selfs die smering van die enjins negatief kan beïnvloed, om nie eers te praat van die elektroniese toerusting en die bemanning nie. Volgens die resultate van voorlopige werk het die NEPA -program teen 1948, ondanks die besteding van tien miljoen dollar, baie twyfelagtige resultate. In die somer van 48 is 'n geslote konferensie by die Massachusetts Institute of Technology gehou oor die vooruitsigte vir kernkragaanlegte vir vliegtuie. Na 'n aantal geskille en konsultasies, het die ingenieurs en wetenskaplikes wat aan die geleentheid deelgeneem het tot die gevolgtrekking gekom dat dit in beginsel moontlik was om 'n atoomvliegtuig te skep, maar die eerste vlugte daarvan word slegs aan die middel van die sestigerjare of selfs later toegeskryf datum.
Op die konferensie by MIT is aangekondig dat twee konsepte vir gevorderde kernmotors, oop en geslote, geskep word. Die "oop" kernstraal -enjin was 'n soort konvensionele turbo -enjin waarin die inkomende lug deur 'n warm kernreaktor verhit word. Die warm lug is deur die mondstuk uitgegooi, terwyl die turbine gelyktydig gedraai het. Laasgenoemde het die kompressorwaaiers aan die gang gesit. Die nadele van so 'n stelsel is onmiddellik bespreek. As gevolg van die behoefte aan lugkontak met die verwarmingsonderdele van die reaktor, het die kernveiligheid van die hele stelsel spesiale probleme veroorsaak. Boonop moes die reaktor van so 'n enjin vir 'n aanvaarbare uitleg van die vliegtuig baie, baie klein wees, wat sy krag en beskermingsvlak beïnvloed het.
'N Geslote tipe kernstraal-enjin moes op 'n soortgelyke manier werk, met die verskil dat die lug binne-in die enjin sou verhit as dit met die reaktor self in aanraking kom, maar in 'n spesiale warmtewisselaar. Direk vanuit die reaktor, in hierdie geval, is voorgestel om 'n sekere koelmiddel te verhit, en die lug moes temperatuur kry wanneer dit met die verkoelers van die primêre stroombaan in die enjin in aanraking kom. Die turbine en kompressor bly op hul plek en werk op presies dieselfde manier as op turbojets of oop tipe enjins. Die geslote kring -enjin het geen spesiale beperkings op die afmetings van die reaktor opgelê nie en dit moontlik gemaak om die uitstoot in die omgewing aansienlik te verminder. Aan die ander kant was 'n spesiale probleem die keuse van 'n koelmiddel vir die oordrag van die reaktor se energie na die lug. Verskeie koelmiddels-vloeistowwe lewer nie die regte doeltreffendheid nie, en metaal benodig voorafverhitting voordat die enjin begin word.
Tydens die konferensie is verskeie oorspronklike metodes voorgestel om die vlak van bemanningsbeskerming te verhoog. In die eerste plek het dit gegaan oor die skep van draagbare elemente van 'n geskikte ontwerp, wat die bemanning onafhanklik sou beskerm teen die straling van die reaktor. Minder optimistiese wetenskaplikes het voorgestel om nie vlieëniers, of ten minste hul voortplantingsfunksie, te waag nie. Daarom was daar 'n voorstel om die hoogste moontlike vlak van beskerming te bied en om bemanning van bejaarde vlieëniers te werf. Uiteindelik verskyn idees oor die toerusting van 'n belowende atoomvliegtuig met 'n afstandbeheerstelsel, sodat mense tydens die vlug glad nie hul gesondheid in gevaar stel nie. Tydens die bespreking van die laaste opsie het die idee gekom om die bemanning in 'n sweeftuig te plaas, wat veronderstel was om agter die atoommotorige vliegtuig op 'n kabel van voldoende lengte gesleep te word.
ANP program
Die konferensie by MIT, wat as 'n soort dinkskrum gedien het, het 'n positiewe uitwerking gehad op die verdere verloop van die program vir die skepping van atoommotors. In die middel van 1949 het die Amerikaanse weermag 'n nuwe program bekendgestel, genaamd ANP (Aircraft Nuclear Propulsion). Hierdie keer behels die werkplan voorbereidings vir die skepping van 'n volwaardige vliegtuig met 'n kernkragsentrale aan boord. Weens ander prioriteite is die lys van ondernemings wat by die program betrokke is, verander. Lockheed en Convair is dus aangestel as die ontwikkelaars van die vliegtuigraamwerk van 'n belowende vliegtuig, en General Electric en Pratt & Whitney het die taak gehad om Fairchild se werk aan die kernvliegtuigmotor voort te sit.
In die vroeë stadiums van die ANP -program het die kliënt meer gefokus op 'n veiliger ingeslote enjin, maar General Electric het 'uitreik' na militêre en regeringsamptenare gedoen. Die werknemers van General Electric het aangedring op eenvoud en, as gevolg hiervan, die goedkoop van 'n oop enjin. Hulle het daarin geslaag om die bestuurders te oorreed, en as gevolg hiervan is die rigting van die ANP -program verdeel in twee onafhanklike projekte: 'n 'oop' enjin wat deur General Electric ontwikkel is en 'n motor met geslote stroombane van Pratt & Whitney. Gou kon General Electric hul projek deurdring en spesiale prioriteit daarvoor behaal en, as gevolg hiervan, ekstra finansiering.
In die loop van die ANP -program is nog een bygevoeg by die reeds bestaande kernmotoropsies. Hierdie keer is voorgestel om 'n motor te maak wat in sy struktuur lyk soos 'n kernkragsentrale: die reaktor verhit die water en die gevolglike stoom dryf die turbine. Laasgenoemde dra die krag oor aan die skroef. So 'n stelsel met 'n laer doeltreffendheid in vergelyking met ander, was die eenvoudigste en gerieflikste vir die vinnigste produksie. Hierdie weergawe van die kragsentrale vir vliegtuie wat met atoom aangedryf word, het egter nie die belangrikste een geword nie. Na 'n paar vergelykings het die kliënt en die ANP -kontrakteurs besluit om voort te gaan met die ontwikkeling van "oop" en "geslote" enjins, wat die stoomturbine as 'n terugslag laat.
Eerste monsters
In 1951-52 het die ANP-program die moontlikheid benader om die eerste prototipe vliegtuie te bou. Die Convair YB-60-bomwerper, wat destyds ontwikkel is, is as basis daarvoor gegrond, 'n diepgaande modernisering van die B-36 met 'n geveerde vleuel en turbo-enjins. Die P-1-kragsentrale is spesiaal ontwerp vir die YB-60. Dit was gebaseer op 'n silindriese eenheid met 'n reaktor binne. Die kerninstallasie het 'n termiese krag van ongeveer 50 megawatt gelewer. Vier GE XJ53 -turbo -enjins is deur 'n pypstelsel met die reaktor verbind. Na die enjinkompressor het die lug deur die pype verby die kern van die reaktor gegaan en deur dit op te warm, deur die spuitstuk gegooi. Berekeninge het getoon dat lug alleen nie genoeg sal wees om die reaktor af te koel nie, sodat tenks en pype vir boorwateroplossing in die stelsel ingebring is. Alle kragsentrales wat aan die reaktor gekoppel is, was veronderstel om so ver as moontlik van die bewoonbare volumes in die agterste vragkompartement van die bomwerper gemonteer te word.
YB-60 prototipe
Dit is opmerklik dat dit ook beplan is om die inheemse turbojet-enjins op die YB-60-vliegtuie te laat. Die feit is dat oopkringmotors die omgewing besoedel en niemand sou toelaat dat dit in die onmiddellike omgewing van vliegvelde of nedersettings gedoen word nie. Daarbenewens het die kernkragsentrale, weens tegniese eienskappe, 'n swak gasreaksie. Daarom was die gebruik daarvan gerieflik en aanvaarbaar slegs vir lang vlugte met kruissnelheid.
'N Ander voorsorgmaatreël, maar van 'n ander aard, was die oprigting van twee ekstra vlieënde laboratoriums. Die eerste van hulle, met die naam NB-36H en die eienaam Crusader ("Crusader"), was bedoel om die veiligheid van die bemanning na te gaan. Op die reeks B-36 is 'n kajuit van twaalf ton geïnstalleer, saamgestel uit dik staalplate, loodpanele en 20 cm glas. Vir ekstra beskerming was daar 'n watertenk met boor agter die kajuit. In die stertgedeelte van die Crusader, op dieselfde afstand van die kajuit as op die YB-60, is 'n eksperimentele ASTR-reaktor (Aircraft Shield Test Reactor) met 'n kapasiteit van ongeveer een megawatt geïnstalleer. Die reaktor is met water afgekoel, wat die hitte van die kern na die warmtewisselaars aan die buitekant van die romp oorgedra het. Die ASTR -reaktor het geen praktiese taak verrig nie en het slegs as 'n eksperimentele stralingsbron gewerk.
NB-36H (X-6)
Die toetsvlugte van die NB-36H-laboratorium het so gelyk: die vlieëniers het 'n vliegtuig met 'n gedempte reaktor in die lug gelig en na die toetsgebied oor die naaste woestyn gevlieg, waar al die eksperimente uitgevoer is. Aan die einde van die eksperimente is die reaktor afgeskakel en die vliegtuig keer terug na die basis. Saam met die Crusader het 'n ander B-36-bomwerper met instrumentasie en 'n vervoer met mariene valskermsoldate van die Carswell-vliegveld af opgestyg. In die geval van 'n ongeluk van 'n prototipe vliegtuig, moes die mariniers langs die wrak beland, die gebied afsper en deelneem aan die uitskakeling van die gevolge van die ongeluk. Gelukkig het al 47 vlugte met 'n werkende reaktor sonder 'n gedwonge reddingslanding gevaar. Toetsvlugte het getoon dat 'n vliegtuig met kernkrag natuurlik nie 'n ernstige bedreiging vir die omgewing inhou nie, met behoorlike werking en geen voorvalle nie.
Die tweede vlieënde laboratorium, met die naam X-6, sou ook van die B-36-bomwerper omskep word. Hulle gaan 'n kajuit op hierdie vliegtuig installeer, soortgelyk aan die eenheid van die "Kruisvaarder", en 'n kernkragsentrale in die middel van die romp oprig. Laasgenoemde is ontwerp op die basis van die P-1-eenheid en toegerus met nuwe GE XJ39-enjins, gemaak op grond van die J47-turbojets. Elkeen van die vier enjins het 'n stukrag van 3100 kgf. Interessant genoeg was die kernkragsentrale 'n monoblok wat ontwerp is om net voor die vlug op 'n vliegtuig gemonteer te word. Na die landing was dit beplan om die X-6 in 'n spesiaal toegeruste hangar te ry, die reaktor met enjins te verwyder en in 'n spesiale opberging te plaas. In hierdie stadium van die werk is ook 'n spesiale suiweringseenheid geskep. Die feit is dat die reaktor na die afsluiting van die kompressors van die straalmotors opgehou het om met voldoende doeltreffendheid af te koel, en dat 'n bykomende middel nodig was om die veilige afsluiting van die reaktor te verseker.
Tjek voor die vlug
Voor die aanvang van vlugte met vliegtuie met 'n volwaardige kernkragaanleg, het Amerikaanse ingenieurs besluit om toepaslike navorsing te doen by laboratoriums op die grond. In 1955 is 'n eksperimentele installasie HTRE-1 (Heat Transfer Reactor Experiments) saamgestel. Die eenheid van vyftig ton is saamgestel op die basis van 'n spoorwegplatform. Dus, voordat u met die eksperimente begin, kan dit van mense weggeneem word. Die HTRE-1-eenheid het 'n afgeskermde kompakte uraanreaktor gebruik met berillium en kwik. Twee JX39 -enjins is ook op die platform geplaas. Hulle het begin met die gebruik van parafien, toe bereik die enjins die werkende spoed, waarna die lug van die kompressor op bevel van die bedieningspaneel na die werksarea van die reaktor herlei word. 'N Tipiese eksperiment met die HTRE-1 het etlike ure geduur, wat 'n lang vlug van 'n bomwerper naboots. Teen die middel van 56 het die eksperimentele eenheid 'n termiese kapasiteit van meer as 20 megawatt bereik.
HTRE-1
Daarna is die HTRE-1-eenheid herontwerp in ooreenstemming met die opgedateerde projek, waarna dit HTRE-2 genoem is. Die nuwe reaktor en nuwe tegniese oplossings bied 'n krag van 14 MW. Die tweede weergawe van die eksperimentele kragstasie was egter te groot vir installasie op vliegtuie. Daarom, teen 1957, het die ontwerp van die HTRE-3-stelsel begin. Dit was 'n diep gemoderniseerde P-1-stelsel wat aangepas is om met twee turbojet-enjins te werk. Die kompakte en liggewig HTRE-3-stelsel het 35 megawatt termiese krag verskaf. In die lente van 1958 begin toetse van die derde weergawe van die grondtoetskompleks, wat alle berekeninge en, die belangrikste, die vooruitsigte vir so 'n kragstasie volledig bevestig het.
Moeilike geslote kring
Terwyl General Electric voornemende oopkring -enjins geprioritiseer het, vermors Pratt & Whitney geen tyd om sy eie weergawe van 'n geslote kernkragsentrale te ontwikkel nie. By Pratt & Whitney het hulle dadelik begin om twee variante van sulke stelsels te ondersoek. Die eerste impliseer die duidelikste struktuur en werking van die fasiliteit: die koelmiddel sirkuleer in die kern en dra hitte oor na die ooreenstemmende deel van die straalmotor. In die tweede geval is voorgestel om kernbrandstof te maal en dit direk in die koelmiddel te plaas. In so 'n stelsel sal die brandstof deur die hele koelvloeistofstroom sirkuleer, maar kernsplyting sal slegs in die kern voorkom. Dit was veronderstel om dit te bereik met behulp van die korrekte vorm van die hoofvolume van die reaktor en pypleidings. As gevolg van die navorsing was dit moontlik om die mees effektiewe vorms en groottes van so 'n stelsel van pypleidings vir die sirkulasie van die koelmiddel met brandstof te bepaal, wat die doeltreffende werking van die reaktor verseker het en 'n goeie beskermingsvlak teen bestraling bied.
Terselfdertyd was die sirkulerende brandstofstelsel te kompleks. Verdere ontwikkeling volg hoofsaaklik die pad van "stilstaande" brandstofelemente wat met 'n metaalkoelmiddel gewas is. As laasgenoemde is verskillende materiale oorweeg, maar probleme met die korrosiebestandheid van pypleidings en die voorsiening van sirkulasie van vloeibare metaal het ons nie toegelaat om op die metaalkoelmiddel te bly nie. As gevolg hiervan moes die reaktor ontwerp word om hoogs oorverhitte water te gebruik. Volgens berekeninge moes die water 'n temperatuur van ongeveer 810-820 ° in die reaktor bereik het. Om dit in 'n vloeibare toestand te hou, was dit nodig om 'n druk van ongeveer 350 kg / cm2 in die stelsel te skep. Die stelsel was baie kompleks, maar baie eenvoudiger en meer geskik as 'n reaktor met 'n metaalkoelmiddel. Teen 1960 het Pratt & Whitney die werk aan hul kernkragsentrale vir vliegtuie voltooi. Voorbereidings is begin vir die toets van die voltooide stelsel, maar uiteindelik het hierdie toetse nie plaasgevind nie.
Hartseer einde
Die NEPA- en ANP-programme het gehelp om tientalle nuwe tegnologieë te skep, asook 'n aantal interessante kennis. Hul hoofdoel - die skepping van 'n atoomvliegtuig - selfs in 1960 kon egter nie binne die volgende paar jaar bereik word nie. In 1961 het J. Kennedy aan bewind gekom, wat onmiddellik belangstel in die vordering in kerntegnologie vir lugvaart. Aangesien dit nie nagekom is nie en die koste van die programme heeltemal onwelvoeglike waardes bereik het, was die lot van ANP en alle atoommotorige vliegtuie 'n groot vraag. Meer as 'n dekade en 'n half is meer as 'n miljard dollar bestee aan navorsing, ontwerp en konstruksie van verskillende toetseenhede. Terselfdertyd was die bou van 'n voltooide vliegtuig met 'n kernkragsentrale nog steeds 'n kwessie van 'n verre toekoms. Bykomende uitgawes van geld en tyd kan natuurlik die atoomvliegtuig prakties gebruik. Die Kennedy -administrasie besluit egter anders. Die koste van die ANP -program het voortdurend gestyg, maar daar was geen resultaat nie. Boonop het ballistiese missiele hul hoë potensiaal ten volle bewys. In die eerste helfte van die 61ste het die nuwe president 'n dokument onderteken waarvolgens alle werk aan atoommotorige vliegtuie gestaak moes word. Dit is opmerklik dat die Pentagon kort tevore, in die 60ste jaar, 'n omstrede besluit geneem het, waarvolgens alle werk aan oop tipe kragstasies gestaak is, en alle finansiering aan 'geslote' stelsels toegewys is.
Ten spyte van 'n paar sukses op die gebied van die skepping van kernkragaanlegte vir lugvaart, is die ANP -program as onsuksesvol beskou. Vir 'n geruime tyd, terselfdertyd met ANP, is kernmotors vir belowende missiele ontwikkel. Hierdie projekte het egter nie die verwagte resultaat gelewer nie. Mettertyd is hulle ook gesluit en werk in die rigting van kernkragsentrales vir vliegtuie en missiele heeltemal gestop. Af en toe het verskillende private ondernemings op eie inisiatief probeer om sulke ontwikkelings te onderneem, maar nie een van hierdie projekte het steun van die regering ontvang nie. Die Amerikaanse leierskap, wat die vertroue verloor het in die vooruitsigte van vliegtuie wat met atoom aangedryf is, het begin om kernkragaanlegte vir die vloot en kernkragaanlegte te ontwikkel.
